暫態過程

暫態過程

暫態過程是電路從一個穩定狀態到另一個穩定狀態所經歷的過程。電路穩定狀態的改變一般通過接通或切斷電路來實現。暫態過程的性質也由電路中的電阻、電容、電感等參數決定,其電壓和電流的變化是非周期性的。研究比較清楚的暫態過程可分為RC電路暫態過程、RL電路暫態過程和RLC電路暫態過程。

簡介

當一個自感與電阻組成LR電路,在0突變到u或u突變到0的階躍電壓的作用下,由於自感的作用,電路中的電流不會瞬間突變;與此類似,電容和電阻組成的RC電路在階躍電壓的作用下,電容上的電壓也不會瞬間變化。這些都是暫態過程。

暫態過程一般時間很短,但這一過程中出現的現象卻很重要。某些電氣設備由於開關操作所引起的暫態過程,可能出現比穩態時大數倍至數十倍的電壓或電流,從而威脅電氣設備和人身安全,因此在設計中要考慮到暫態過程的影響。另外,在電子電路中,暫態過程往往又有各種巧妙的套用。

在含有電容或電感的電路兩端,電壓發生突變時,電路中的電流從初始值變化到趨於穩定。電路具有暫態過程的特性叫做電磁慣性。暫態過程所經歷的時間叫做電路的時間常數。時間常數可以表示電路電磁慣性的強弱。對於由電阻R和電感L串聯的電路,在通電時,電流強度從零增加到某一穩定值,斷電時,電流強度從某值降為零,所用的時間常數均為τ=L/R對於電阻R和電容C串聯的電路,相應的時間常數則為τ=RC利用電路暫態過程的特性,可以製成時間繼電器。

分類

通常,根據引起機電暫態過程的干擾的大小程度和過程的進行情況,可以把機電暫態過程概括地分為三種類型:

第一種類型,是指由於大的干擾(如短路和短路切除等)所引起的大幅度的功率、電流和電壓等的變化,而同時機組轉速卻變化不大(相對的說)的過程。這種類型,一般稱為“動態穩定”。其實,準確同步和發電機轉子圍繞同步轉速呈較大幅度的擺動等過程,也屬於這類範疇。

第二種類型,是指系統中出現極其微小的擾動、機組轉子對它的穩定的運行位置稍有偏移、功率、電流、電壓特別是機組轉速僅有非常微小變化的情況而說的。所謂“靜態穩定”問題,就是這種類型。系統中機組的微小振盪或擺動、自動調節裝置在正常情況下工作性能的研究和它在系統中穩定工作條件的確立,也屬於這類範疇。

第三種類型,是指功率變化大、轉速變化也大的情況而說的,像機組的起動和制動,系統中同步機的異步運行、再同步、自同步以及非同步重合閘等,都屬於這類過程。

波過程

與運行操作(如開關動作)及雷擊時的過電壓有關,涉及電流、電壓波的傳播。其過程最為短暫,數量級屬微秒~毫秒級別。而高電壓工程將這一過程作為研究對象。

電磁暫態過程

與短路(斷線)等故障有關,涉及工頻電流、工頻電壓幅值隨著時間的變化。維持時間較波過程略長,數量級屬毫秒~秒級別。而故障分析將這一過程作為研究對象。

機電暫態過程

與系統震盪、穩定性破壞、異步運行等有關,涉及發電機組功率角、轉速、原動機功率、系統頻率、電壓等隨著時間變化。其過程持續時間較長,數量級屬秒~分鐘級別。而穩態分析將這一過程作為研究對象。

產生的原因

電力系統正常運行的時候處於穩定狀態。各種擾動造成了電力系統進入暫態。如停電等就是電力系統事故。引起電力系統中事故的擾動有多種,最常見的是短路故障。如系統內的元件(發電機、變壓器、線路、電動機)上發生的不同相之間的或者相與地之間短路故障。

影響暫態過程的元件

電力系統的電磁暫態過程取決於電力系統中的各元件——發電機、變壓器、線路、電動機等電磁暫態過程。我們可以認為發電機的電磁暫態過程左右了電力系統的電磁暫態過程,由有源元件決定。

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